Pada postingan ini, penulis membahas dua metode dalam kimia komputasi yang digunakan dalam bidang Biokimia dan Organik, salah satunya dalam drug design dan pemodelan biomolekul.
Dinamika Molekuler
Dinamika molekuler merupakan suatu metode simulasi komputer yang digunakan untuk merepresentasikan interaksi antara molekul dan atom dalam jangka waktu tertentu yang didasarkan pada persamaan hukum Newton dan hukum mekanika klasik. Dinamika molekuler digunakan untuk menyelidiki struktur dari zat padat, dan gas. Besar gaya antar molekul dihitung secara eksplisit dan pergerakan molekul dikomputasi dengan metode integrasi yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan Newton pada atom yang konstituen. Kondisi awal dari molekul digambarkan dengan posisi dan kecepatan atom. Berdasarkan presepsi Newton, dari posisi awal, dapat dilakukan penghitung posisi dan kecepatan selanjutnya dalam interval waktu yang kecil serta penghitung gaya pada posisi yang baru yang dapat berulang untuk beberapa saat.
Simulasi dinamika molekuler mensimulasikan suatu persamaan pergerakan Newton:
F = m.a (1)
Dimana F adalah gaya yang ditentukan oleh massa (m) dan perecepatan (a). Energi yang ada didistribusikan antara energi potensial dan energi kinetik. Persamaan Newton memerlukan tahap waktu yang singkat (level femtosekon) untuk dapat diintegrasikan sehingga membuat simulasi berlangsung singkat
Simulasi menggunakan metoda dinamika molekuler pada dasarnya dimulai dengan menentukan konfigurasi atom-atom bahan yang ditinjau, diman masing-masing atom tersebut saling berinteraksi satu sama lain yang dapat diasumsikan memenuhi potensial Lennard-Jones, kemudian atom-atom tersebut diberikan kecepatan awal yang random dan dipecahkan secara numerik dengan komputer. Kecepatan awal masing-masing atom diberikan secara random dengan nilai antara 0-1, melalui random generator. Sehingga titik potong terhadap sumbu horizontal dan kedalaman sumur potensial dianggap sebagai parameter Lennard-Jones.
Docking Molekular
Docking adalah sebuah metode yang digunakan untuk memprediksi orientasi terbaik dari suatu molekul ketika berikatan satu sama lain untuk membentuk kompleks yang stabil, dimana orientasi tersebut dapat digunakan untuk memprediksi kekuatan hubungan atau afinitas ikatan antara dua molekul yang digunakan. Hubungan antara molekul biologi untuk molekul relevan seperti protein, asam nukleat, karbohidrat, dan lipid memilki peran pnting dalam transduksi sinyal. Kemudian orientasi relatif dari dua pasangan yang berinteraksi dapat mempengaruhi jenis sinyal yang dihasilkan.
Docking secara sering digunakan untuk memprediksi orientasi ikatan dari molekul kecil dari obat sebagai protein target untuk merubah afinitas dan aktivitas molekul kecil. Docking memainkan pearana penting dalam desain obat. Docking molekular sulit karena banyak keadaan dapat diaskses pada makromolekul dan ligan mereka, dan masalah keakuratan perhitungan energi yang tumbuh secara eksponensial dengan derajat kebebasan dari molekul docking.
Docking molekular dapat diumpamakn seperti “gembok dan kunci”, dimana satu akan tertarik menemukan orientasi yang benar dari “kunci” yang akan membuka ‘gembok” (permukaan gembok adalah lubang kunci, yang mana akan mengubah kunci setelah itu dimasukkan). Protein dapat dianggap sebagai gembok dan ligan sebagai kunci.
Fokus docking molekular adalah untuk simulasi secara komputasi proses pengenalan molekul. Tujuan dari docking molekular adalah untuk mencapai konformasi yang optimal pada protein dan ligan sehingga energi bebas dari sistem secara keseluruhan dapat diminimalkan (Mukesh and Rakesh, 2011).
Mukesh dan Rakesh (2011), menyatakan bahwa docking molekular membantu dalam mempelajari obat/ligan atau interaksi reseptor/protein dengan mengidentifikasi situs aktif protein yang cocok, mendapatkan geometri terbaik dari kompleks ligan-reseptor dan menghitung energi interaksi dari ligan yang berbeda untuk merancang ligan yang lebih efektif.
Syarat pertama untuk melakukan docking adalah struktur protein dan ligan ynag digunakan. Dimana struktur tersebut ditetukan dengan menggunakan kristalografi sinar-X, atau spektroskopi NMR yang disimpan dalam Protein Data Bank dan ligan yang digunakan dapat dibuat dengan software kimia seperti Chemdraw atau Marvinsketc. Kemudian struktur protein dan basis data ligan yang ptensial berfungsi sebagai input untuk program docking. Program docking terdiri dari 2 bagian yaitu docking algorithms dan scoring function. Docking algorithms/pose berfungsi untuk mencari orientasi konformasi suatu ligan terhadap situs tambat reseptornya sehingga didapat konformasi yang paling stabil dari kompleks ligan-protein yang terbentuk. Sedangkan Scoring function berfungsi untuk menghitung afinitas kompleks ligan-protein reseptor yang terbentuk.
Dari pengertian di atas dapat diketahui bahwa antara dinamika molekuler dan docking molekuler saling berhubungan dn melengkapi satu sama lain. Hal ini dapat diketahui bahwa docking molekuler merupakan tahap awal untuk memulai simulasi dinamika molekuler. Dockingmolekular dapat digunakan untuk memprediksi konformasi antara protein-ligan untuk membentuk kompleks yang stabil. namun dalam docking molekuler ini menghasilkan struktur protein yang kaku, yang tidak memfasilitasi efek induced-fit dari interaksi protein dengan ligan-nya. oleh sebab itu, fleksibilitas protein dan interaksinya dengan senyawa lain dapat dianalis menggunakan dinamika molekuler yang dapat melihat perubahan struktur suatu senyawa terhadap waktu berdasarkan parameter-parameter tertentu.
Daftar Pustaka
Astuti, Dwi, dkk. 2009. Simulasi Dinamika Molekuler Protein dengan Aplikasi Gromacs.Teknologi Informatika dan teknologi Industri: Universitas Gunadarma.
Time in Jakarta 
Terimakasih, artikel yang bermanfaat. Kunjungi website kami di
BalasHapusKabar UMJ
Kabar UMJ